[实用新型]电磁场辅助的金属有机物化学气相沉积设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体材料制备技术领域的金属有机物化学气相沉积设备，特别是一种电磁场辅助的金属有机物化学气相沉积设备。

背景技术

近些年来，化合物半导体材料，尤其是III-V族化合物材料作为研制光电子和微电子器件的新型半导体材料受到研究人员的广泛关注，在固态照明、光显示、激光打印、光信息存储等民用和国防安全领域有着广阔的应用前景。目前，氮化镓及其相关半导体器件的研究取得了非常大的进展，例如GaN、InP基发光二极管(LED)、激光器(LD)等都基本实现了商业化生产。

目前用于制备III-V族化合物半导体材料的方法有分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)和金属有机物化学气相沉积(MOCVD)等。MOCVD技术由于具有生长速度快，外延层组分与性质可控性强，量产能力高以及外延片平整性好等优点，成为III-V族化合物半导体材料和器件最主要、最有效和最广泛的生长制备技术，受到半导体工业界的广泛重视。

在MOCVD生长工艺系统中，氮化镓及其相关III族氮化物外延薄膜通常是沿着极性轴c轴[0001]方向生长的，这种结构会导致很强的自发极化效应和压电效应，其所产生的内建电场大大降低了电子和空穴复合的效率，对于异质结场效应管、量子阱器件和双异质结二极管等器件的性能有着很大的影响，同时也使发光器件的发光光谱出现偏移。已有的研究表明，在LiAlO₂上生长的m面(非极性面)氮化镓量子阱荧光衰减时间比c面(极性面)降低了一个数量级，发光光谱也不会再随着激发功率的增强而偏移，因此减小氮化镓材料极性能有效提高其光电器件的性能。高铝和高铟组分的多元氮化物由于在紫外和高亮度绿光LED领域有着重要的应用前景，成为人们的研究热点，而目前限制该材料合成的主要原因之一是c面氮化镓材料的强自发极化，通过调节生长过程中多元氮化物极性程度可降低高铝和高铟组分多元氮化物的合成难度。此外，非极性氮化镓薄膜还有其他的一些特性，例如偏振性质等。因此，非极性或半极性III族氮化物外延薄膜的成功制备为充分发挥材料的应用潜力提供了可能。目前，非极性氮化镓材料尤其是m面氮化镓材料的制备研究已成为全球的研究热点。发展大尺寸、低成本和高性能的非极性或半极性III族氮化物半导体材料成为未来光电器件的重要趋势之一。

然而，目前常规制备方法如高压法、HVPE生长厚膜的m面切割以及LiAlO₂上的外延等都存在衬底尺寸较小、价格过于昂贵、材料质量不高，性能不稳定等问题，不利于非极性或半极性LED、LD等器件的进一步发展。本发明通过在生长过程中引入电场和磁场，实现非极性或半极性外延薄膜生长，消除自发极化效应对材料制备和器件光电性能的限制作用，同时通过外加电场及磁场给予铝或铟额外能量，降低高铝组分和高铟组分的多元氮化物半导体材料的合成难度。

发明内容

本实用新型的目的是针对已有技术中存在的不足，提供一种具有电磁场辅助的金属有机物化学气相沉积设备。本实用新型包括：反应腔、喷淋口、喷淋冷却液体进口、衬底载片台、石墨盘、石墨盘支承轴、电极，其特征在于在金属有机物化学气相沉积设备的喷淋口上增设上电极，在石墨盘侧边或底边增设下电极，上电极与下电极构成平板电容结构，形成垂直于衬底表面的电场。本实用新型的设备增设了上、下电极，通过在生长过程中引入电场和磁场可有效控制并调节生长过程中外延薄膜的极性程度，获得非极性或半极性III族氮化物外延薄膜，同时也可实现高铝组分和高铟组分的多元氮化物的合成，并提高器件的光电性能。

本实用新型的优点是利用恒定或者交变的电场或磁场对生长中的III族氮化物材料极性程度进行调节，同时赋予掺杂原子额外能量，获得高载流子浓度的掺杂III族氮化物薄膜材料。通过引入电场和磁场提高III族氮化物外延材料掺杂效率，对样品无污染，而且成品率高，可应用在大规模生产中。

附图说明

图1本实用新型的结构剖视示意图；

图2下电极安装在石墨盘侧边的结构剖视示意图；

图3下电极安装在石墨盘侧边并装有高温绝缘环的结构剖视示意图；

图4下电极为两个半环的俯视结构示意图；

图5下电极为三个三分之一环的俯视结构示意图。

图中：10反应腔、11载气进气管道、12喷淋口、13上电极、14喷淋冷却液体进口、15衬底载片台、16石墨盘、17石墨盘支承轴、18下电极、19下电极、20耐高温绝缘环、21下电极、21-1下电极、21-2下电极、21-3下电极。

具体实施方式